JPH10308191A

JPH10308191A - イオン注入装置

Info

Publication number: JPH10308191A
Application number: JP9134405A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Aoki; 正彦青木; Masayasu Tanjiyou; 正安丹上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 1998-11-17
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: JP3376857B2

Abstract

(57)【要約】【課題】チャージアップが起こらず不純物が混入しな
いよう大面積低電流密度のイオンビームを質量分離して
対象物に注入できる装置を与えること。【解決手段】水平方向の幅が対象物の横幅よりも大き
い横長のイオンビームを引き出すイオン源と、扇形の中
心角θｊ、磁場のビームと直角方向の傾きを与えるｎ
値、同じ方向の磁場の曲率を与えるεをパラメータと
し、横長ビームを水平方向に曲げ質量分析するため連続
して設けられる複数の扇形磁石と、扇形磁石のほぼ中央
部に設けられ必要なイオンビームだけを通すスリット
と、ビームに対して対象物を保持しビームの幅方向と直
交する方向に移動させる試料支持機構とからなるイオン
注入装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェファ、
ガラス基板などのような大型の加工品に、大電流イオン
注入を実現するためのイオン注入装置に関する。Ｓｉウ
ェファの場合は、ボロン、リン、ヒ素などｐ型、ｎ型不
純物をドープするためにイオン注入することが多い。ス
ループットを上げるために、一様な注入分布でしかも高
速でドープする装置が望まれる。

【０００２】

【従来の技術】従来の大電流イオン注入装置は大別して
ふたつの種類がある。ひとつは、細い（０次元の広が
り）高密度のイオンビームを扇形マグネットによって質
量分析し所望のイオン種のみを、回転並進運動する回転
ターゲットに戴置されている加工品（ウェファ）に照射
するものである。細いイオンビームであるから扇形磁石
によって質量分離するのは簡単である。しかしビーム自
体は広がりを持たないので、ウェファの全面に照射する
ために、ウェファを並進、回転させる必要がある。ウェ
ファを支持するエンドステーション側で２次元的にウェ
ファを動かす必要がある。

【０００３】もうひとつは大口径のイオン源から大口径
イオンビームを引き出し質量分析せずにウェファに照射
するものである。ウェファの直径をＷとし、イオン源か
ら引き出されたイオンビームの直径をＤとする。Ｄ＞Ｗ
の大口径のイオンビームを発生させるので、ウェファを
走査する必要がない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】１．回転ターゲットを用いる方式では、細い０次元ビー
ムを発生させるのでビーム光学系は単純である。しかし
回転並進を行わせなければならないエンドステーション
の構造は複雑である。ウェファを戴置したディスクは高
速回転と、イオンビーム電流に比例しビーム位置に反比
例するような並進速度制御を行わなければならない。又
ウェファでのビーム電流密度が高くなるとウェファのチ
ャージアップ現象が著しくなる。チャージアップは正ま
たは負のイオンビームを注入したとき電荷が逃げず電荷
がウェファなどの表面に蓄積される現象である。これに
よってウェファの表面のデバイスが破壊されることもあ
り望ましくない。現在大口径ウェファにイオン注入する
方法として、現実的に利用されているのはこの回転ター
ゲット方式であるが、このような欠点がある。

【０００５】２．大口径イオン源非質量分離方式はビー
ム光学系はイオン引き出し系だけであるから装置構成は
いっそう単純である。エンドステーションの構造も単純
である。しかし大口径イオンビームは質量分析すること
ができないので、所望イオン以外のイオン種も区別され
ずウェファに注入されてしまう。不純物イオンの注入に
よって所望の特性が得られない事がある。さらにイオン
でなく分子の形でも注入されるので注入深さ分布がプラ
ズマの状態によって変化する。注入深さが一定しにくい
のでデバイス特性が一定しにくいという難点もある。

【０００６】前者に関しては、例えば、ボロンの注入を
行う場合、ジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）が原料ガスとして用い
られる。この際ボロンとともに水素イオンもウェファに
注入される。注入された水素は高速であるからゲート酸
化膜を突き抜け、チャンネル層にまで注入される場合が
ある。これがゲート電極下方でのチャンネルに格子欠陥
を生じさせることがある。イオンエネルギーは全て熱に
変換されるが、所望のイオン種以外のイオン（例えば水
素イオン）が注入されると、それによって試料が過熱さ
れてしまう。温度上昇によって試料上のデバイスが破壊
される惧れがある。

【０００７】３．大口径イオン源方式の難点はそれだけ
ではない。８インチウェファや１２インチウェファとい
った大面積の基板にイオン注入しようとする場合、ウェ
ファ面上いたるところで数％以内の注入均一性が要求さ
れる。このような大面積でビームの密度均一性あるイオ
ン源を実現するのは至難の技である。大口径イオン源は
現在のところ注入均一性要求の厳しくない小面積のウェ
ファにしか使えない。

【０００８】４．質量分析しないイオン注入法としてさ
らに、ＰＩＩＩ法（Plasma ImmersionIon Implantation
）というものが提案されている。Shu Qin and Chung C
han,"Plasma immersion ion implantaion doping exper
iments for microelectronics",J.Vac.Sci.Technol.B12
(2),(1994)p962 。これはＳｉウェファをプラズマ中に
さらし、ウェファに負の電圧を印加することによってシ
ース領域でイオンを加速しウェファに注入する方法であ
る。イオンビームを引き出すのにシース電圧を使ってい
るので引出電極が不要である。多くの場合不純物は電極
がスパッタリングされたものである。この方法では電極
から発生する不純物の混入の可能性がない。だから質量
分析をしなくても良いというわけである。しかし原料ガ
スが含む元素から出る不要イオンを除く事はできない。

【０００９】前記のボロンドーピングの場合は、原料ガ
スとしてジボランを使うが、水素イオンがウェファに注
入される。水素イオンもボロンイオンも同じ加速エネル
ギーを持つ。水素イオン注入によってウェファが過熱さ
れる。スループットを上げるために注入時間を短縮する
と水素注入による温度上昇が著しくなる。だから注入時
間を余り短くできない。ウェファ１枚に、１０分掛かっ
て１．９×１０¹⁵ｃｍ^-2の密度のイオン注入をした事が
報告されている。これではスループットが低すぎる。１
枚１分以内でイオン注入したいものである。実際この方
法は実用化されていないようである。

【００１０】５．ＵＳＰ５，３５０，９２６号"Compact
High Current Broad Beam Ion Implanter"及び特開平
６ー３４２６３９号「小型の高電流幅広ビームのイオン
注入装置」は横長のイオン源から水平方向に広がってい
るイオンビームを約９０度偏向させる第１の質量分析マ
グネットに通し一点に収束させ、スリットの小さい穴を
通し、不要イオンを排除し、発散ビームを約９０度偏向
させる第２の質量分析マグネットに通して幅をもつ平行
偏平なビームとし、ウェファに注入する方法を提案して
いる。ウェファはビームの長手方向と直交する方向に走
査するようになっている。つまりこれは一元広がり（幅
をもつ）を持つビームを質量分析して、一次元走査され
るウェファに注入する方法である。これは一次元ビーム
（帯状）を質量分析するので不純物が混入する惧れがな
い。帯状のビームを作るのでウェファ側では二次元走査
する必要がなく一次元走査で済む。そのような利点があ
る。

【００１１】しかしこれもウェファを一次元走査するた
めに複雑な機構を必要とする。さらにこの方法はビーム
を収束させて収束点で小さい穴のスリットを通すように
しているから、ひとつの質量数、ひとつの電荷量のイオ
ンしか選択されない。多くの場合質量数が異なってもイ
オン注入された方が良いようなイオン種も混在してい
る。そのようなイオン種も落としてしまう事になる。つ
まり質量分析が厳格すぎる。さらにこの機構は柔軟性に
乏しい。イオン種を変えると磁石の定数を変更すべきで
あるがこれが容易でない。

【００１２】より緩やかな柔軟性ある質量分析が望まれ
る。なんといっても上記帯状ビーム法の難点は、イオン
源からでた幅広のビームを一点に収束させることにあ
る。イオン源の一点から出たビームを一点に絞るのと異
なり幅広ビームをマグネトロンによって曲げるので、同
じエネルギーのイオンであっても一点に収束しない。つ
まり所望のイオン種の全てをスリットの穴に導くことが
できない。これはビーム光学上の原理的な難点である。
このような訳でスリットによって大部分のイオンが排除
されてしまう。質量数の近似した有用なイオンも除かれ
る。それどころか所望イオン種も除去されることがあ
る。

【００１３】６．これまでに、０次元ビーム（断面が
点）のビームを質量分析し、二次元走査されるウェファ
にビーム注入する方法と、大口径の２次元ビーム（断面
が広い円形）のビームを質量分析しないで静止したウェ
ファに注入する方法と、イオン源を使わずプラズマ中の
ウェファにイオン注入するＰＩＩＩ法と、１次元ビーム
（断面が線分）のビームをふたつに磁石で質量分析する
方法とを説明した。２番目の大口径イオンビーム法にお
いて質量分析できれば問題は解決されるはずである。し
かし大口径ビームを質量分析しようとする試みはいまだ
実現していない。

【００１４】もしも大口径イオンビームを扇形磁石によ
って質量分析しようとすると、磁石のギャップが著しく
広くなる。磁石が大きくなるし必要な電流の大きくな
る。それだけでない。ギャップが広いのでギャップ間の
どこでも磁場が一様というわけには行かず不均一にな
る。ためにビームが発散してビーム損失が起こる。さら
に磁極や壁面がビームによってスパッタリングされてコ
ンタミネーションの原因になる。そのようなことが初め
から懸念されるので大口径ビームを質量分析するという
ような方法は現在のところまだ実行されていない。

【００１５】質量分離をして不純物の混入する惧れがな
いイオン注入装置を提供することが本発明の第１の目的
である。ウェファの全体にイオンビームを高い均一性を
持って注入できるようにしたイオン注入装置を提供する
事が本発明の第２の目的である。エンドステーションの
構造を単純化し装置コストを低減できるイオン注入装置
を提供することが本発明の第３の目的である。様々のイ
オン種エネルギーにも対応できるイオン注入装置を提供
することが本発明の第４の目的である。チャージアップ
の可能性のないイオン注入装置を提供するのが本発明の
第５の目的である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン注入装置
は、水平方向の幅が対象物の横幅よりも大きい横長のイ
オンビームを引き出すイオン源と、扇形の中心角θｊ、
磁場のビームと直角方向の傾きを与えるｎ値、同じ方向
の磁場の曲率を与えるεをパラメータとし、横長ビーム
を水平方向に曲げ、質量分析するため連続して設けられ
る複数の扇形磁石と、扇形磁石のほぼ中央部に設けられ
必要なイオンビームだけを通すスリットと、ビームに対
して対象物を保持しビームの幅方向と直交する方向に移
動させる試料支持機構とからなる。

【００１７】横長のビームを発生させると、横方向には
ビームを走査する必要がなく、縦だけ試料を相対移動
（縦走査）すれば良い事になる。つまりイオン注入の時
間が短縮されるのでスループットが向上する。横長ビー
ムを質量分析するために、水平方向に磁石によって曲げ
る。横幅があるビームを横に曲げるので磁極間隔は狭く
ても良い。この点は好都合である。しかし横方向に幅が
あるビームを横方向にまげて質量の違いによって分離し
ようとするから、どうしても曲率半径が大きくなる。そ
れだけでなくて曲げ中心角が大きくなくてはならない。
横幅あるビームを一様に水平に大きく曲げることは難し
い。広い空間に広がった磁場を得るために大型の磁石を
使う必要がある。しかしたとえ大型磁石を使っても磁場
が不均一になりがちである。

【００１８】そこで本発明はひとつの磁石でなく、質量
分離マグネットを複数の磁石に分割し、複数扇形磁石を
連続的にならべて横幅あるビームを一様に水平方向に曲
げる。ビーム経路のほぼ中間点に小さい穴を持つスリッ
トを設けて不要イオンを排除するようにする。このよう
な選別を可能にするために、所望のイオンだけをスリッ
ト直前において集束するようにしなければならない。こ
れが質量分離のための条件である。それだけではない。
ウェファに垂直入射させるために、出口でイオンビーム
は拡散せずほぼ平行性を保持している事が望まれる。

【００１９】そのような要求を満足するためには、単純
な磁石では間に合わない。これにはふたつの意味があ
る。まず初めに、一様磁場を与えて均一の曲率半径を与
えるというだけでも、ビームが大面積の場合は簡単でな
い。マグネットの端では磁力線が外部に向かって曲がる
ので磁場が弱くなる。ために大磁石を使っても一様磁場
を形成する事はできない。これがひとつである一様磁場
を作る事は簡単でなく収差があるので、一様磁場にする
ためにも磁場補正をする必要がある。しかしそれだけで
ない。本発明は一様磁場をもって事足れりとしない。横
方向に広がったビームをスリットによって質量分離する
ので、入口における場所の違いによってスリットにおけ
るビーム位置が変わってくる。であるから、初めに広が
ったビームを一点に集束させる必要があるので一様磁場
では足らないのである。イオンビームを場所によって異
なる履歴で曲げる必要があるので一様磁場では足らな
い。

【００２０】そのように複雑な制御を目標にしているの
で、個々の扇形磁石はダイポール（二重極）成分だけで
なく、クァドラポ−ル（四重極）成分、セクタポール
（六重極）をもパラメータとしてあたえなければならな
い。つまり、本発明は、横長ビームを曲げて質量分析
し、不要イオンを除いて、試料に横長ビームを照射する
ようになっているが、磁石の選択配置が最も需要であ
る。扇形磁石は、中心角θｊ、磁場勾配を与えるｎ値ｎ
ｊ、磁場曲がりを与えるβｊ（又はεｊ）等がパラメー
タとなる。つまり一連の磁石は、０次近似（非摂動）で
は磁場は同じ値をとるが、１次、２次の係数が異なる。
これを磁石毎に最適値に決定する必要がある。ここでは
４個の磁石によって横方向ビームを曲げるので、４個の
磁石のパラメータを決める必要がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】［発明の背景］本発明は複数の
磁石を組み合わせて、偏平なイオンビームを偏平な方向
に曲げてスリットを通して質量分析しようとするから、
磁石のパラメータはもはや単純でないしその作用も簡明
でない。作用を理解するのも難しい。そこで本発明を実
施例するために磁石について必要な事項を初めに明らか
にする。まず座標系を定義する。イオンビームの進行方
向をｚ軸とする。イオンビームが曲がる方向をｘ軸方向
とする。イオンは磁場のファラデイ力ｑ（ｖ×Ｂ）によ
って曲がるのであるからＢはｙ成分を持つ。Ｂｙが主成
分である。一様磁場であればこれが定数となる。しかし
一様磁場では不十分である。だからビームと直交する方
向（ｘ方向）に一次、二次の係数をもたせる。磁束密度
Ｂはｘ成分をもたないという近似で出発するからｙ方向
のビームの大きさは進行方向にほぼ不変である。そこで
ｘ方向のビームの広がりが主な関心事となる。

【００２２】ビームは円弧を描いて曲がるから、軌道は
ｘｚ平面にひろがり、ビーム方向と直角なｚ成分を持つ
ようになる。するとこれをｘ方向の広がりと表現するの
は不適切になる。そこでさらに一工夫し、磁石中心軸に
そってｚ座標を定義するものとする。磁石中心軸をｚ軸
そのものとする。ｚは基準半径Ｒに沿う円弧座標であ
る。ビームに直交する方向はつねにｘ，ｙ方向である
が、曲がりの方向がｘ、曲がらない方向がｙであるとす
る。磁石中心軸はｘ＝０，ｙ＝０である。通常の３次元
直交座標のｘ成分と、ｚ成分が混ざった座標になる。ｙ
方向は混合しないので直交座標系でも円弧座標系でも同
じである。この円弧座標系での（ｘ，ｙ，ｚ）は直交座
標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、

【００２３】Ｘ＝ｘｃｏｓ（ｚ／Ｒ）−Ｒ＋Ｒｃｏｓ（ｚ／Ｒ）（１）Ｙ＝ｙ（２）Ｚ＝ｘｓｉｎ（ｚ／Ｒ）＋Ｒｓｉｎ（ｚ／Ｒ）（３）

【００２４】特別な座標であるがその方が直観的に分か
りやすいという事がやがて理解されよう。さらに０次近
似では各磁石は同一の縦磁場Ｂｙ（定数）を与えるとす
るので、これによって所望イオンが半径Ｒの円を書くと
する。これが基準円である。基準半径Ｒは、ＲＢｙ＝
（２ＭＶ／ｑ）^1/2 によって与えられる。Ｍは所望イオ
ン質量、Ｖは加速電圧、ｑはそのイオンの電荷である。
つまりＲは一様縦磁場において所望イオンが描く円弧の
曲率半径である。

【００２５】磁場の展開はｘ／Ｒの係数として与える事
ができる。本発明で必要とする磁石が形成する磁場Ｂｙ
は次のように書ける。

【００２６】Ｂｙ（ｘ）＝Ｂ₀ ｛１−（Ｎｘ／Ｒ）＋（βｘ² ／Ｒ² ）＋…｝（４）

【００２７】Ｂ₀ が一様なダイポール成分である。これ
は複数の扇形磁石Ｍ１〜Ｍｍについて共通である。無摂
動系というのは、この項だけの磁場を指すものとする。
このような異方性ある磁場を生成するには二つの方法が
ある。ひとつはヨークの磁極形状を工夫することであ
る。もう一つは複雑にコイルを組み合わせることであ
る。図１は二次までの磁場変化を含み得るヨークの磁極
の形状を示す。磁極の形状を変形させてｘの１次変化、
２次変化を与えることができる。しかしヨークの磁極の
変形加工は難しいし柔軟性に欠ける。平坦な磁極を利用
しつつ複数のコイルを組み合わせても同様のｘ依存性を
与えることができる。

【００２８】図２はコイル断面と磁場形成の関係を示す
図である。空心コイルの断面であり符号のプラスは電流
が紙面から沸き上がる方向、マイナスは紙面下へ流れる
方向を示す。コイル電流の流れに対し右螺の進行する方
向に磁場が生ずる。

【００２９】図２（ａ）は単純な円筒コイルに電流を流
すもので、コイル内にほぼ一様な上向きの磁場が生ず
る。これはコイルと直角に平坦な磁極を対向させて形成
できる磁場と同じである。コイル内で方向強さともに一
様な磁場であり、二重極（ダイポール）によって作られ
るのでダイポール磁場と呼ぶ。これが作る磁束密度は一
様であるからＢ₀ というように書ける。

【００３０】図２（ｂ）は二つの円錐空心コイルを底部
が対向するよう組み合わせたものである。左上のコイル
はコイル内部に斜め右下向きの円錐状の磁束密度を生ず
る。右下の円錐コイルは左上向き磁束密度を生ずる。ｘ
軸での磁束密度の変化はｘ＞０で正、ｘ＜０で負であ
る。これが作る磁束密度はＮｘ／Ｒと言うふうに書け
る。Ｎが勾配を示す係数である。コイル二つを組み合わ
せるから、四重極（クァドラポ−ル）磁場と呼ぶ。

【００３１】図２（ｃ）は３つのコイルを縦方向に組み
合わせている。中間の円筒コイルは上向き一様の磁場を
発生する。上下の円錐コイルは下向きの不均一磁場を生
ずる。これらが打ち消しあうので、コイル中央では小さ
く端では大きい磁場を生ずる。これはβｘ² ／Ｒ² とい
う二次関数によって与えられる。コイル三つを組み合わ
せるので六重極（セクタポール）磁場と呼ぶ。β／Ｒ²
をεで表現することもある。

【００３２】ｘ方向の変動に関して、０次の磁場はダイ
ポール、１次の磁場はクァドラポ−ル、２次の磁場はセ
クタポールによって与えることができるということを説
明した。これらは空心コイルを使っており、ヨークは存
在しない場合を述べている。ヨークがあるとヨーク自体
の形状の制限がある。ヨークに対するコイルの巻方にも
限定を受ける。

【００３３】図１はヨークの磁極形状によって同じよう
な異方性磁場を生成するものである。上にＮ極が、下に
Ｓ極があるので上から下向きに０次の磁場Ｂができる。
これはダイポールによるものである。これは平坦な磁極
においても発生するものである。それだけではない。図
１の磁極において右側（ｘ＞０）は磁極間が広くなり、
左側（ｘ＜０）で間隔が狭くなっている。ｘ（右側とす
る）方向へゆくにしたがって磁場が減少する。これはＮ
が正であるときの四重極作用（Ｎｘ／Ｒ）と等価であ
る。つまり図１の磁極の勾配は、クァドラポ−ルと等し
い。

【００３４】さらに図１の磁極は平面でなくて中央部で
張り出すような凸曲面になっている。この湾曲はｘ＝０
の近傍で磁場が強くこれを離れると弱くなるということ
を意味するので、βを負として、（βｘ² ／Ｒ² ）の項
を与える。つまり磁極の湾曲面によって図２（ｃ）の３
つのコイルと同等の作用を及ぼすことができる。

【００３５】図１のように磁極を幾何学的に変形させる
と単純なコイルによっても四重極（Ｎｘ／Ｒ）作用、六
重極作用（βｘ² ／Ｒ² ）をもたせることができる。し
かしこれはヨークのポール（磁極）形状が固定されるの
で、ビームの種類を変えたりエネルギーを変えたりする
ともう適応できなくなる。本発明はそれゆえ図１のよう
な磁極を直接変形するという途をとらない。そうではな
くて、ヨーク磁極構造は単純平坦なものにし、コイル分
布に複雑な工夫を凝らしている。コイルの数を増やし
て、四重極、六重極作用を発揮することができるように
する。

【００３６】そのような複雑な作用をもつ扇形磁石を複
数個組み合わせて、横長ビームをそのままに質量分析す
るようにするのである。

【００３７】扇形磁石の数ｍはここでは４つであるが、
３〜２０個にすることもできる。扇形磁石の中心角の合
計（ΣΘ）は、実施例では１２６．５゜であるが、これ
に限らない。１００゜〜２４０゜の範囲で目的に合致す
るような中心角とすれば良い。

【００３８】ここの磁石のパラメータは、Θ、Ｎ、ε
（＝β／Ｒ² ）である。入口、出口、スリットでの条件
を課して、これらのパラメータの最適値を計算する。そ
のために磁石中でのビーム軌道を解析する必要がある。

【００３９】光線１本を表す６つの変量Ｘ_j （ｓ）を定
義して、流れの方向ｓに分割した座標ごとにこれらの変
量の変化を計算する。流れ方向への分割を細かくする
と、ｋ＋１番目の分割点の変量の値を直前の分割点での
値の線形結合によって表すことができる。

【００４０】Ｘ₁ ＝ｘ、Ｘ₂ ＝θ、Ｘ₃ ＝ｙ、Ｘ₄ ＝
φ、Ｘ₅ ＝ｌ、Ｘ₆ ＝δとする。

【００４１】１ｓｔオーダーの解析では、線形一次結合
の計算によって分割点の座標を求める。

【００４２】Ｘ_i （ｓ＋１）＝ΣＲ_ijＸ_j （ｓ）（５）

【００４３】Ｒ_ijはＢ₀ 、Ｎ、Θなどによる。このよう
な積和の計算によって磁石出口での変量を求めることが
できる。２ｎｄオーダーの計算では収差も含めて、

【００４４】Ｘ_i （ｓ＋１）＝ΣＲ_ijＸ_j （ｓ）＋ΣＴ_ijk Ｘ_j （ｓ）Ｘ_k （ｓ）（６）

【００４５】というような計算をする。Ｔ_ijk は、Ｂ
₀ 、Ｎ、Θ、εなどによる。

【００４６】このような計算をして、質量分析マグネッ
トの出口のビーム変量を計算する。スリットでの変量も
計算できる。これはビーム１本１本の解析であるから、
必要な刻みの全てについて計算する。各磁石Ｍ１〜Ｍｍ
について、スリットと出口で所望の結果が得られるよう
な、Θｊ、Ｎｊ、εｊを求める。

【００４７】

【実施例】図３は本発明のイオン注入装置の概略構成を
示す。イオン源１は原料ガスを導入して、マイクロ波や
放電によってこれをプラズマにし電圧を掛けてイオンビ
ームとして引き出すものである。出口、電極の形状に工
夫があり横長のビームを生成することができる。横方向
にｘ軸、縦方向にｙ軸をとっているから、ｘ方向に長く
ｙ方向に短い断面のビームを生成するということであ
る。例えば横幅が４０ｃｍ、厚みが５ｃｍのリボン状
（帯状）の平行イオンビームを生成する。エネルギーは
引出電圧によって自在に与えることができる。例えば数
十ｋｅＶ〜数百ｋｅＶのエネルギーを持つ。横長ビーム
が複数の扇形磁石Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４よりなる質量
分析マグネット３に入る。入口２ではｘ方向に延びる平
行なビームであるが、これが磁場によって曲げられる。
中央（ｘ＝０）のビームが共通磁場Ｂｙ₀ によって曲が
る円弧を基準円弧Ｒとする。ｚ軸はこれに沿って定義す
る。

【００４８】もしも一様磁場であれば、所望質量のイオ
ンは同じ半径Ｒを描いてマグネット内の磁場空間を走行
する。入口でｘ＞０に位置したビームは、出口でｘ＜０
にでる。磁石内の行路の中間部でほぼ収束するので、こ
こに適当な幅の穴を持つスリット４を設ける。所望の質
量をもつイオンだけがスリットを通過できる。それ以外
の質量のイオンはこのスリットに衝突し、スリット板に
注入されたり後方に散乱されたりしてスリット以後のビ
−ムラインには入射しない。

【００４９】一旦収束してスリットを通過したビームは
発散し質量分析磁石３の出口ではｘ方向の分布がほぼ反
転した平行横長ビームになる。これが短い真空経路７を
通ってウェファ８に垂直入射する。ビーム幅Ｔ（ここで
は４０ｃｍ）はウェファ直径Ｗ（ここでは３０ｃｍ）よ
り長い（Ｔ＞Ｗ）ので、ウェファの横幅全体にイオン注
入ができる。ウェファは縦方向（ｙ方向）に並進させて
前面にイオン注入する。二次元位置検出器９がウェファ
の背後にあって横長ビームの電流密度を直接に測定する
ことができる。これは二次元に配列されたセンサをもつ
ファラディカップなどによって構成できる。

【００５０】図４はエンドステーションの部分をより詳
しく示している。またビームの進行方向が図３とは逆に
なっている。Ｗ１でカセットからウェファを搬送装置１
１によって取りだし、中間点Ｗ２を経てイオン注入点Ｗ
３に運ぶ。搬送装置はここでウェファの向きを垂直方向
に変えて面がビームに直角になるようにする。ウェファ
はｙ方向に並進走査される。これによってウェファの全
面にイオンビームが注入される。注入の終わったウェフ
ァは搬送装置１１によってカセット位置Ｗ５に運ばれこ
こに逐次収容される。

【００５１】質量分析磁石３の扇形磁石Ｍ１〜Ｍ４のパ
ラメータを調整して、ビームが蒸気のような軌跡を描い
て飛行するようにする。そのために１ｓｔオーダーの解
析をする。イオンビームは入口で平行に入射するとし、
分析スリット４において所望質量のイオンがスリットの
穴に収束するという束縛条件を課してＭ１、Ｍ２の中心
角Θ１、Θ２と傾斜を与えるＮ１、Ｎ２を決める。入口
でｘ方向に３０ｃｍ〜４０ｃｍの広がりある平行ビーム
であるから、所望質量のイオンであっても、一様磁場で
はスリットにおいて収束しない。それで磁場を長手方向
直角方向に変えて必要がある。そのため複数の扇形磁石
を用い異なる磁場勾配Ｎを与えて所望イオンを強制的に
スリットで収束させる。

【００５２】次にウェファ上での水平方向のビームサイ
ズとビーム発散角、垂直方向のビームサイズをビーム発
散角を指定する。さらに平行ビームになるような条件も
入れる。これらの束縛条件を満足するように、扇形磁石
（マグネットセクション）の中心角Θ３、Θ４と傾斜値
Ｎ１、Ｎ２を決定する。スリットにおいて強制的に収束
させた所望質量のイオンビームをそのまま一様磁場で曲
げると出口で都合良く平行にはならないしｘ方向の広が
りも十分でない。強制的にビームを広げ出口で平行にし
なければならない。そのために扇形磁石のＮ値を工夫す
る必要がある。

【００５３】それだけではいけない。ｘの二乗の項の微
調整が必要である。これが２ｎｄオーダーの解析であ
る。まず分析スリットにおける２次の収差の寄与を最小
にするようにマグネット入口のポールピースの曲率半
径、扇形磁石（マグネットセクション）Ｍ１、Ｍ２にお
けるεの値を決定する。さらに、ウェファにおける２次
の収差も最小になるようにマグネット出口のポールピー
スの曲率半径と扇形磁石Ｍ３、Ｍ４に於けるεの値を決
定する。１ｓｔオーダーの解析によって扇形磁石のΘ、
Ｎが、２ｎｄオーダーの解析によってεが決まる。これ
らのパラメータを実現するために、ヨークには多数のコ
イルを巻き、適当な電流を流す。

【００５４】次に、このビーム軌道解析によって得られ
た光学系のパラメータを実際のマグネットによって作り
出す事ができるかどうかを示す。

【００５５】実際のマグネットの形状を基にして磁場解
析を行い、コイルの電流巻数積（アンペアターン）によ
って光学系のパラメータがどのように変化するかを調べ
た。マグネットのヨーク形状は扇形であり、中心角Θに
よってその大きさを規定する。またヨークにおいてコイ
ルは図５のように設ける。ここではコイルを合計１６個
取り付けている。ヨークはロの字型の閉磁路を形成す
る。長辺がｘ方向に平行であり、短辺がｙ方向に平行で
ある。

【００５６】それぞれのコイルはヨークに巻き付いてい
るから、ヨーク面での断面ではコイルのワイヤを直角に
分断した二面が現れる。同じコイルの対の断面には同じ
記号数字を付している。同じ記号数字を付すがそれぞれ
プラスとマイナス記号によって区別される。プラスが付
されている断面では電流が紙面から沸き上がるように流
れる。マイナスが付されている断面では電流が紙面に吸
い込まれる方向に流れる。プラスのコイルを右にマイナ
スのコイルを左に見て上向きの磁束密度がヨーク内に生
ずる。

【００５７】１６個のコイルは、ダイポールコイル、ク
ァドラポ−ルコイル、セクタポールコイルに分けられ
る。図２では円錐形の空心コイルによって異方性磁場形
成を説明した。実際にはヨークに円錐コイルを巻くとい
うような事はできない。ヨークに平行な芯を持つ円筒コ
イルを使う事になる。円筒コイルでもいくつかを組み合
わせることによって四重極、六重極の磁場を等価的に形
成できる。

【００５８】横長ビームを横方向に曲げるので、横長の
ヨーク１２を使う。ビームが通過する真空容器１３を囲
むようにヨーク１２が設けられる。ヨークは左縦枠１
４、下横枠１５、右縦枠１６、上横枠１７よりなる。ヨ
ーク１２はｘｚ面では扇形をしているからヨークの厚み
は場所によって異なる。用途別にコイルを分類する。

【００５９】ダイポールコイル：１、５クァドラポ−ルコイル：２、３、４、６、７、８セクタポール：ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、
ｓ７、ｓ８

【００６０】コイル１と５はヨークの縦枠１４、１６に
おいて上向き磁束密度を作り出す。これが上横枠１７の
中点Ｕで下向き磁束密度になり、下向きに真空中を伝搬
し、下横枠１５の中点Ｄで横向き磁束密度になる。これ
がダイポール磁場Ｂ０を作り出す。図２（ａ）の磁場２
１と等価である。コイル１、５の電流は常に同一である
か比例して増減するようにする。

【００６１】コイル３、７は横枠１７、１５に右向き、
左向きの磁束密度を作り出す。これは図２（ｂ）の上方
右向き磁場２２と下方左向き磁場２３に該当する。コイ
ル２と８は左縦枠１４に下向きの磁束密度を生成する。
図２（ｂ）の磁束密度２５に当たる。コイル４とコイル
６は右縦枠１６に上向き磁場を発生する。図２（ｂ）の
磁束密度２４にあたる。このように６つのコイルによっ
て、四重極磁場を透過的に生成することができる。これ
はＢ₀ Ｎｘ／Ｒのようなｘの一次依存性を与える。

【００６２】図２（ｂ）ではふたつの円錐空芯コイルに
よって四重極磁場を作っているが、四辺形のヨークに巻
き付けたコイルによって同じ磁場分布を作るには６つの
コイルが必要である。これら６つのコイルの電流は別々
に制御することもできる。しかしきちんとした四重極磁
場を常に形成するためにはそれぞれのコイル電流は常に
比例して増減する必要がある。ここでは電流巻数積が６
つのコイルで等しくなるように増減し、磁場傾斜を与え
るＮ値を制御している。

【００６３】図６は四重極コイルの電流巻数積を増減し
たときのＮ値の変化を示すグラフである。これはコイル
３、７、２、４、６、８の全てについて共通に電流変化
させたものである。電流巻数積とＮ値は綺麗に正比例の
関係にある。例えば９０００ＡＴでＮ＝１になる。

【００６４】図５において残りのコイルは全部六重極磁
場を発生させるものである。ｓ２とｓ３は隣接してお
り、電流の方向が反対になっている。そのようなコイル
の組が４つある。ｓ３とｓ４はヨーク枠１５、１６、１
７に反時計回り磁場を生ずる。これが図２の（ｃ）の磁
場２６を生ずる（符号は反対になっている）。隣接する
ｓ２、ｓ５は同じ枠組に、時計回りの磁場を生じる。こ
れが先ほどの磁場を打ち消すので、図２（ｃ）の小さい
磁場２７を残すようになる。

【００６５】図７は六重極のコイル電流巻数積とεの関
係を示すグラフである。これも全ての関連コイルｓ１〜
ｓ８の電流を同一にするように変化させている。４００
０ＡＴでεが０．０００７５程度になる。

【００６６】先ほどの解析によって扇形磁石の中心角
Θ、Ｎ値、εが求められた。Θは磁石の幾何学的形状を
規定するもので一定値である。Ｎ値とεは、コイル電流
を規定する。所望のＮ値、εは電流によって自在に与え
る事ができる。電流によって磁場勾配、曲率を与えるか
ら柔軟性に富む。自由にこれらの値を変化させ、注入イ
オンやエネルギーの変更に対応することができる。磁石
パラメータの一例を次に示す。

【００６７】（１）基準半径Ｒ＝６０ｃｍ（２）４つの扇形磁石の合計の中心角１２６．５゜（３）質量分析磁石入口での半径Ｒ１＝７２．１４ｃｍ（４）質量分析磁石出口での半径Ｒ２＝７６．３４ｃｍ（５）扇形磁石Ｍ１：Θ１＝４２゜、Ｎ１＝−１．０１
００６、ε１＝−４．９５７６×１０^-4 （６）扇形磁石Ｍ２：Θ２＝２３．５゜、Ｎ２＝１．０
９９５３、ε２＝２．０５４４×１０^-3 （７）扇形磁石Ｍ３：Θ３＝１９゜、Ｎ３＝２．７７３
４、ε３＝３．３１４２×１０^-3 （８）扇形磁石Ｍ４：Θ４＝４２゜、Ｎ４＝−１．３２
６２、ε４＝−６．３１７×１０^-4

【００６８】このような磁石の組み合わせによって、イ
オンを質量分析して必要なイオンだけをウェファに注入
することができるようになった。この実施例によって、
ビームを質量分析しウェファに輸送した場合の、ウェフ
ァでのビームエミッタンスダイヤグラムを図８と図９に
示す。図８はウェファでのｘ方向のビーム広がりを示
す。横軸はｘ座標（ｃｍ）であり、縦軸はｘ方向へのビ
ームの広がり角（単位はｍｒ：ミリラディアン）であ
る。ビームの横方向広がりは約４０ｃｍである。広がり
角度は１６ｍｒの程度である。図９はｙ方向の広がりを
示す。縦軸がｙ座標（ｃｍ）であり、横軸はｙ方向の広
がり角度である。ｙ方向の幅は５ｃｍである。広がり角
度は４０ｍｒである。つまりウェファ面上でほぼ４０ｃ
ｍ×５ｃｍの矩形断面ビームになる。広がり角度が小さ
いことから、平行性に優れたビームでありウェファに垂
直に入射される事ができる。

【００６９】このようにバランスの取れたビームになる
のは、扇形磁石によってビーム軌道を強制的に修正して
いるからである。図１０は磁石の収差補正（２次補正）
をしない（ε＝０）場合のウェファにおけるビーム強度
分布を示す。ウェファは分析磁石の出口から下流側５０
ｃｍにある。横軸はｘ座標、奥行きがｙ座標である。高
さが強度分布を表す。ｘ＞０の方にビーム強度が偏在し
ているのがわかる。これでは、ウェファ面に均一にイオ
ン注入することができない。

【００７０】図１１は磁石の２次の収差補正をする場合
のウェファに於ける強度分布を示す。つまり有限のεの
値を与えｓ１〜ｓ８のコイルに有限の電流を流す。横軸
はｘ座標、奥行きがｙ座標である。ｘ座標に沿って強度
分布がほぼ一様である事が分かる。εの値は小さいが、
それによる補正効果は大きい。εによる修正をしなけれ
ば均一なイオン注入を行う事ができない。

【００７１】同じ設定において、流れに沿うビームエン
ベロープを求めた。実際の流れ方向は円弧に沿うが直線
に引き直して図示している。図１２は、ｙｚ面でのビー
ム包絡面である。イオン源から（ｚ＝０）でたビームは
約５ｃｍの厚みを持つ。これがｚ＝３０ｃｍ〜１６０ｃ
ｍの間に設けられる磁石によってｘ方向に曲げられる。
ｙ方向の厚みには殆ど変化がない。ｚ＝１００ｃｍにス
リットが設置される。２１０ｃｍの位置にウェファがあ
る。ここでもｙ方向の厚みは約５ｃｍである。

【００７２】図１３はｘｚ面でのビーム包絡面である。
初めｘ方向に４０ｃｍ程度の広がりを持つ平行ビームが
イオン源から出る。磁石が存在するｚ＝３０ｃｍ〜１６
０ｃｍの間でビームが円弧を描く。この円弧の半径は大
体同じであるから、平行なビームは中間点近傍で弱く収
束する（ｚ＝１００ｃｍ）。一様磁場では一点に収束し
ないので異方性磁場を採用し強制的にスリットの直前で
収束するようにしている。収束した後は発散し出口ｚ＝
１６０ｃｍでほぼ平行ビームになる。

【００７３】

【発明の効果】本発明のイオン注入装置は、対象物（ウ
ェファ）直径Ｗよりも大きい横幅Ｔをもつイオンビーム
をウェファに当てるからウェファはビーム厚み方向に並
進させれば良いだけである。ウェファの駆動機構が従来
のように回転と並進運動の複雑な組み合わせではなく、
単純な並進運動だけを行えば良いようになる。エンドス
テーションの構造が単純でコストダウンが可能になる。
さらに注入時間を短縮してスループットを向上させるこ
とができる。

【００７４】質量分析されたイオンビームがウェファに
照射される。所望イオン以外のイオンが対象物に注入さ
れない。従来の非質量分離タイプのイオン注入に比べて
不純物混入に対する懸念が大幅に解消されうる。

【００７５】従来は、大面積基板にイオン注入しようと
すると、質量分離機能と、ビーム整形機能の二つの要素
が必要であった。本発明では、１台のマグネットが、質
量分析機能とビーム収束補正機能の両方を兼備してい
る。為にシステム構成が単純である。

【００７６】ダイポール、クァドラポ−ル、セクタポー
ルの係数を自在に設定できる複数の線形磁石を組み合わ
せており、質量分析磁石の出口でビームをほぼ平行にす
ることができる。マグネット出口でのビームを平行にで
きるのでマグネットからウェファまでの距離を短くする
事ができる。行路が短いので真空行路中に存在するガス
分子との衝突による中性粒子発生を抑制することができ
る。

【００７７】おのおのの線形磁石は、ダイポール、クァ
ドラポ−ル、セクタポールの要素を持つようにするが、
磁極の幾何学的な形状を変形するのではない。磁極は平
坦平面であるが複雑なコイルの組み合わせによってそれ
らの高次効果を発揮している。磁極自体には傾斜や湾曲
を付けないので、ビームアクセプタンスを大きくする事
ができる。また磁場勾配や磁場湾曲が固定されず電流に
よって任意に変更することができる。

【００７８】ドリフト空間の距離がイオン源からマグネ
ットまでと、マグネットからウェファまでが極短い。為
に空間電荷効果によるビーム発散を抑制できる。またド
リフト空間でビームを収束させると空間電荷中和のため
にビーム発散が顕著に起こる傾向にあるが、本発明では
ビームの断面積を大きくし電流密度を低くできるので空
間電荷効果が現れ難く、空間電荷中和用のプラズマフラ
ッドガンなどの機能に対する配慮が少なくて済む。

【００７９】独立して電流制御できる多重極コイルをヨ
ーク上に多数配置した。それぞれのコイルは独立して電
流制御できるので、ビーム光学系のパラメータが固定さ
れない。自在にダイナミックに制御することができる。
大面積のイオンビームをマグネットによって質量分析し
輸送しようとするとマグネット光学系の収差が大きくパ
ラメータの調整が難しい。固定されたパラメータでは、
イオン源のセットアップの状態が変わったときに補正す
ることが不可能であった。本発明は、このようなイオン
源の状態変化にも柔軟に対応する事ができる。

【００８０】ビーム面積が大きく、実効的なビーム電流
密度を低くする事ができる。ためにウェファのチャージ
アップ現象を抑制することができる。例えば通常の大電
流イオン注入装置では、ビームサイズが５ｃｍ角型（断
面積２５ｃｍ² ）という場合、イオン電流が１０ｍＡの
程度に設定する事が多い。この場合イオンビームの電流
密度は４００μＡ／ｃｍ² である。

【００８１】これに対して横長ビームを用いる本発明で
は、例えばビーム断面を幅３０ｃｍ、厚み５ｃｍ（断面
積１５０ｃｍ² ）とすることができる。イオン電流を同
じ１０ｍＡとすると、電流密度は７０μＡ／ｃｍ² に過
ぎないので、チャージアップが起こらない。本発明はチ
ャージアップの余裕があるので、全電流をさらに大きく
することができる。電流を上げることによってスループ
ットを上げることができるのである。イオン源から引き
出されるビーム電流密度が低いので、空間電荷効果によ
るビーム発散の恐れがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】二重極（ダイポール）、四重極（クァドラポ−
ル）、六重極（セクタポール）磁場を形成できる磁極の
形状を示す断面図。ヨークの磁極（ポール）形状に傾斜
を持たせて磁場の一次成分、湾曲を持たせて二次成分を
与えることができる。ヨークに起磁力を与えるコイルは
単純な通常のコイルである。これは補正磁場を与えるこ
とができるが係数が固定されるので自由に変更できな
い。

【図２】多重極磁場をコイル組み合わせによって生成す
ることが可能であることを説明する図。（ａ）は円筒コ
イルひとつによって二重極磁場を生成している。（ｂ）
は円錐コイルを二つ組み合わせて四重極磁場Ｎｘ／Ｒを
生成している。（ｃ）は３つのコイルによって六重極磁
場βｘ² ／Ｒ² を形成している。

【図３】本発明のイオン注入装置の概略構成図。イオン
源から出た横長ビームを複数の扇形磁石によって曲げて
スリットによって質量分析し平行ビームとしてから対象
物（ウェファ）に照射する。

【図４】エンドステーションを含めた本発明のイオン注
入装置の構成図。

【図５】本発明で質量分析のために用いる扇形磁石のヨ
ークとコイルの分布図。コイルはヨーク面に平行な面で
切った断面図によって示す。同じ数字記号の付されてい
るものが同じコイルの二つの断面である。「＋」とある
のは電流が紙面上向きに流れていることを示す。「−」
とあるのは電流が紙面下向きに流れていることを示す。
１と５が最も大きいコイルでありヨークにダイポール磁
場を発生させる。２、３、４、６、７、８はヨークにク
ァドラポ−ル磁場を発生させるコイルである。ｓ１、ｓ
２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８がセクタポー
ル磁場を生じさせるコイルである。

【図６】図５のコイルにおいて、二重極を発生させるコ
イル２、３、４、６、７、８に同時に同一の電流を流し
て、ｘ方向の磁場の傾斜を生じさせ、傾斜係数Ｎ値とコ
イル電流の関係を実測した結果を示すグラフ。横軸は二
重極コイルの電流巻数積（アンペアターン：ＡＴ）であ
る。縦軸はＮｘ／Ｒの係数Ｎを示す。コイル電流と傾斜
Ｎがきれいな線形関係にある事が分かる。

【図７】図５のコイルにおいて、四重極を発生させるコ
イルｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８
に同時に同じ電流を流しｘ方向の磁場湾曲を生じさせ、
湾曲の係数εと、コイル電流の関係を実測した結果を示
すグラフ。横軸はコイル電流と巻数の積（ＡＴ）であ
り、縦軸はそれによるεである。湾曲磁場はｘの関数と
してεｘ² ＝βｘ² ／Ｒ² によって表現される。四重極
用のコイル電流と、εは線形関係にある。

【図８】ウェファにおけるｘ方向のエミッタンスダイア
グラムを示す。横軸はウェファでのｘ軸方向のビーム広
がり（ｃｍ）を、縦軸はｘ軸方向のビーム広がり角度
（単位はミリラディアン：１ｍｒ＝０．０５７゜）であ
り、等高線は等しいビーム密度の（ｘ，ｄｘ）を結んだ
ものである。横方向（ｘ方向）の広がり−２０ｃｍ〜＋
２０ｃｍにおいてビームの広がり角は大体一定（１０ｍ
ｒ程度）で収束性優れた帯状断面のビームであることが
わかる。

【図９】ウェファにおけるｙ方向のエミッタンスダイア
グラムを示す。縦軸はウェファでのｙ方向のビーム広が
り（ｃｍ）を示す。縦方向のビーム広がり幅は５ｃｍ程
度である。横軸はそのｙ座標におけるｙ方向のビーム広
がり角度（単位はミリラディアン：１ｍｒ＝０．０５７
゜）である。等高線は等しいビーム密度の（ｙ，ｄｙ）
をむすんだものである。縦方向のビーム広がりは５ｃｍ
程度であるが特に密度の高いのは３ｃｍの幅にある。広
がり角度は±２０ｍｒの程度である。ｙ方向の広がり角
度の方がｘ方向よりも大きくなっている。ｙ方向に収束
性を与える磁場（Ｂｘ）を特に使っていないからである
が、多重極磁場Ｂｙによってｙ方向の発散を抑えている
からこの程度の小さい発散角に抑えられているのであ
る。

【図１０】質量分析磁石の収差を補正しないときの、ウ
ェファにおけるビームのｘｙ強度分布を示す立体グラ
フ。横軸はウェファ上に取ったｘ軸である。奥行きはｙ
軸である。縦軸がビーム強度分布を示す。ビームがウェ
ファの中心よりもｘ＞０（外側）の側に偏在している。
これはスリットの穴を透過したイオンビームが多くの場
合外向きの速度成分を持ち一様磁場ではこれを矯正する
ことができないからである。

【図１１】質量分析磁石の収差を補正したときの、ウェ
ファにおけるビームのｘｙ強度分布を示す立体グラフ。
横軸はウェファ上に取ったｘ軸である。奥行きはウェフ
ァ上に取ったｙ軸である。縦軸がビームの強度を示す。
ｘ＝０の両側にほぼ均等にビームが分布する。スリット
の穴を通過したイオンビームを内側に曲げるような異方
性磁場が存在するからである。

【図１２】基準円弧（ｚ軸）に沿うビームのｙ方向幅の
変化を、ｚ軸を直線に引き直して示すエンベロープ図。
横軸は基準円弧に沿ったｚ軸である。ｚ＝０ｃｍはイオ
ン源の出口である。ｚ＝２２０ｃｍはウェファ面の位置
である。質量分析磁石はｚ＝３０ｃｍから１６０ｃｍの
範囲に設けられている。ｚ＝１００ｃｍの中間部にスリ
ットが設けられる。ｙ幅はイオン源で約５ｃｍ、中間部
で少し広がるが、これを越えると減少に転じ、ウェファ
面では５ｃｍ程度になる。つまり質量分析磁石を通過す
る時、ｙ方向にはイオンビーム軌跡は殆ど変化しない。

【図１３】基準円弧（ｚ軸）に沿うビームのｘ方向幅の
変化を、ｚ軸を直線に引き直して示すエンベロープ図。
横軸は基準円弧に沿ったｚ軸である。ｚ＝０ｃｍはイオ
ン源の出口である。ｚ＝２２０ｃｍはウェファ面の位置
である。質量分析磁石がｚ＝３０ｃｍから１６０ｃｍの
範囲に設けられているのでイオンビームはこの範囲で円
弧を描く。マグネットのパラメータを工夫して、所望の
質量を持つイオンはｚ＝１００ｃｍの中間部でｘ方向に
局在するようにしている。所定ビームをｘ方向に十分に
絞った位置にスリットが設けられる。これ以外の質量の
ビームはスリットの板面にあたり穴を通過できない。基
準円弧Ｒを直線に引き延ばしているから、入口側と出口
側でのビームのｘ方向の位置は逆転する。磁石入口ｚ＝
３０ｃｍでｘ＝２０ｃｍにあったビームは、出口ｚ＝１
６０ｃｍではｘ＝−２０ｃｍにある。ビームがｚ＝１０
０ｃｍのスリットの辺りで一旦収束するから質量分析が
可能である。

【符号の説明】

１イオン源２質量分析磁石の入口３質量分析磁石４スリット５質量分析磁石の出口６イオンビーム７真空経路８ウェファ９位置検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向の幅が対象物の横幅よりも大き
い横長のイオンビームを引き出すイオン源と、扇形の中
心角Θｊ、ビームと直角方向の磁場の傾きを与えるＮｊ
値、同じ方向の磁場の曲率を与えるεｊをパラメータと
し、横長ビームを水平方向に曲げ質量分析するため円弧
軌跡に沿って連続して設けられる複数の扇形磁石Ｍ１、
Ｍｊ…、Ｍｍと、扇形磁石のほぼ中央部に設けられ必要
なイオンビームだけを通すスリットと、ビームに対して
対象物を保持しビームの幅方向と直交する方向に移動さ
せる試料支持機構とからなる事を特徴とするイオン注入
装置。
【請求項２】個々の扇形磁石Ｍｊは、強磁性体材料か
らなるヨークと、ヨークの周りに設けられる二重極磁場
を生ずるダイポールコイルと、四重極磁場を生ずるクァ
ドラポ−ルコイルと、六重極磁場を生ずるセクタポール
コイルとよりなり、ダイポールコイル、クァドラポ−ル
コイル、セクタポールコイル電流は独立に制御でき、扇
形磁石の０次磁場成分、一次磁場成分、二次磁場成分の
大きさを独立に調整できるようにしてある事を特徴とす
る請求項１に記載のイオン注入装置。